Библиографическое описание:

Имомов Ш. Б., Узаков Г. Н., Хайриддинов Б. Э. Система солнечного отопления с рефлекторами, устанавливаемыми с северной стороны здания // Молодой ученый. — 2011. — №10. Т.1. — С. 67-70.

Приведена система солнечного воздушного отопления для здания с системой рефлекторов, с водяным аккумулятором тепла на основе пластиковых бутылок. Определены требуемая масса воды, количество пластиковых бутылок и объем аккумулятора тепла.

В настоящее время существует большое разнообразие систем солнечного отопления (ССО). Выбор конструктивного решения ССО определяется многими факторами: радиационно-метеорологическими ресурсами региона, тепло-гидродинамическими и экономическими показателями. Как водяные, так и воздушные ССО имеют положительные и отрицательные стороны. Определяющим фактором использования воздушных ССО, при всех своих недостатках, является их простота и низкая стоимость.

Основной особенностью воздушных систем ССО является то, что тепло должно передаваться от твердого тела воздуху или обратно в трех точках:

- от теплоприемника к воздуху в воздухонагревателе–коллекторе;

- от нагретого воздуха к аккумулятору в период зарядки;

- от аккумулятора воздуху в период разрядки.

При этом определяющими показателями аккумулятора тепла являются:

- высокая теплоемкость;

- большая поверхность теплообмена.

Высокой теплоемкостью обладает вода. Применение воды в воздушных ССО ограничивается необходимостью применения коррозийностоких емкостей, конструктивными трудностями создания больших поверхностей теплообмена.

Большую поверхность теплообмена обеспечивают галечные насадки. Такие насадки позволяют конструктивно компоновать их горизонтально и вертикально в массивах различной формы. При равной энергоемкости галечные аккумуляторы имеют больший объем в 3 раза, чем водяные.

Применение пластиковых бутылок (ПБ), заполненных водой, в качестве теплоаккумулирующих элементов в ССО позволяет совместить свойства воды и галечной насадки: высокую теплоемкость, большую поверхность теплообмена, создание аккумуляторов любой емкости и конфигурации.

Авторами разработана воздушная ССО для здания [2] с водяным аккумулятором тепла на основе ПБ (рис. 1).

Теплопоступления в помещения идут за счет солнечной радиации, поступающей через окна и систему отопления. Режим работы системы солнечного отопления зависит от отопительной нагрузки и количества поступления солнечной радиации.


Врезка1





Врезка3Врезка2

Врезка4

Врезка6Врезка7Врезка8Врезка5

Врезка9



Врезка10

Врезка11

Врезка16Врезка14Врезка15Врезка13Врезка12


Врезка17

Врезка18

Врезка19

Врезка20


Врезка24Врезка22Врезка23Врезка21



Врезка25



Врезка26



Врезка27

Врезка29Врезка28

Врезка30Врезка31

Врезка34Врезка33Врезка32


Врезка35

Врезка36



Врезка37


Рис. 1. Схема системы солнечного отопления:

авид в плане; б – поперечный разрез



Врезка40Врезка38Врезка39




Врезка41

Врезка44Врезка43Врезка42

Врезка46Врезка45


Врезка48Врезка47



Врезка49Врезка50Врезка51



Рис. 1а. Схема системы солнечного отопления:

фронтальный вид

А и В – опытная и контрольная комнаты; Dтамбур;

Е – аккумуляторное помещение; С – северный светопроем;

Оa и Ob - окна; Д и Д1 – наружная и внутренние двери;

Д2 – двери аккумуляторного помещения; 1, 1л, 1п – рефлекторы;

2 – теплоприемник; 2а – кожух-короб теплоприемника воздухонагревателя; 3 – канал воздуховод; 3а – входной канал; 4а и 4bобратные (вытяжные) каналы; 5а и 5bотопительные каналы с обрешеткой в помещениях;

6 – теплоаккумулирующие элементы; 7 – теплоизоляция;

8 – отопительные каналы в аккумуляторе; 9 – дополнительный

источник тепла - калорифер; 10 – вентилятор;

S3, S4a, S4bшиберы


1. В период инсоляции теплоприемник 2 нагревается за счет поглощения солнечной радиации, поступающей через светопроем С от рефлекторов 1. Теплоприемник со стороны комнаты изолирован кожухом-коробом 2а. Через нижнюю часть короба воздух из комнаты поступает в канал теплоприемника, где он нагревается от теплоприемника 2. Нагретый воздух через воздуховод 3 и входной канал 3а поступает в тепловой аккумулятор Е. В аккумуляторе горячий воздух, проходя сквозь теплоаккумулирующие элементы 6, нагревает их и частично охлаждается. Далее теплый воздух вентилятором 10 через отопительные воздуховоды 8 и обрешетки 5а и 5b подается в помещения. Расход воздуха через теплоприемник регулируется шибером S3.

Воздух из комнаты А циркулирует через теплоприемник 2, воздуховод 3, входной канал 3а, тепловой аккумулятор Е, отопительные каналы 8 и обрешетку 5а. При этом канал 4а закрыт шибером S4a. За счет частичного охлаждения циркулирующего горячего воздуха теплоаккумулирующие элементы 6 нагреваются, аккумулируют избытки тепла энергии солнечного излучения.

та = ту Fo = Ст f Fo = 3×50×5,07 = 760 кг. (5)

Определим число ПБ емкостью VПБ=1,5 л. Для воды можно принять эквивалентность массы и объема VПБ=1,5 л = тПБ=1,5 кг.

Требуемое количество ПБ

пПБ = та / тПБ = 760 / 1,5 = 507 шт. (6)

Площадь помещения теплового аккумулятора составляет

FA = bA hA = 1,55×1,35 = 2,1 м2 .

При установке ПБ на стеллажах в 4 ряда, число ПБ в каждом ряду

пПБ1 = пПБ / 4 = 507 / 4 = 126 шт. (7)

Диаметр ПБ емкостью VПБ=1,5 л равен dПБ = 0,094 м.

Площадь ячейки по горизонтали, приходящейся на одну ПБ, составляет

FПБ1 = FA / пПБ1 = 2,1 / 127 = 0,0165 м2.

Длина стороны квадратной ячейки

а = = = 0,128 м.

При коридорном расположении ПБ расстояние между ними будет составлять

b= a – dПБ = 0,128-0,094 = 0,034 м .

Высота ПБ hПБ=0,32 м; толщина стеллажей δст=0,05 м. Тогда высота каждого

слоя ПБ с учетом толщины стеллажей

hc = hПБ + δст = 0,32 + 0,05 = 0,37 м.

Общая высота теплового аккумулятора

HA = 4 hc = 4×0,37 = 1,48 м.

Тепловая эффективность теплового аккумулятора будет определяться тепловыми и гидродинамическими показателями, которые устанавливаются на основе гранулометрической характеристики ПБ. Слой ПБ рассматривается как крупнозернистая дисперсная насадка. Воздух из комнаты В через верхний канал 4b поступает в тепловой аккумулятор Е. Проходя через теплоаккумулирующие элементы 6 нагревается и вентилятором 10 через канал 8 и обрешетку 5b подается в помещение. Расход воздуха поступающего из комнаты В регулируется шибером S4b.

Таким образом, происходит отопление помещений за счет поступающей солнечной энергии.

2. При отсутствии солнечной радиации воздух из помещений через вытяжные каналы 4а и 4b поступает в тепловой аккумулятор. Шибер S3 закрыт. Воздух, проходя сквозь теплоаккумулирующие элементы, нагревается, за счет аккумулированного тепла. Теплый воздух вентилятором 10 через каналы 8 и обрешетки 5а и 5b подается в помещения. Расход воздуха через помещения регулируется шиберами S4a и S4b.

3. При нехватке тепла солнечной энергии воздух циркулирует аналогично режима 2. Воздух нагревается калорифером 9 - дополнительным источником тепла.

Кожух - короб с внутренней стороны имеет теплоизоляцию толщиной 3…5 см. Такая изоляция необходима для устранения теплопотерь и перегрева воздуха в комнате А.

Для снижения теплопотерь от циркулирующего воздуха между наружными стенами и тепловым аккумулятором, а так же отопительными воздуховодами имеется теплоизоляция толщиной 5 см.

Тепловой аккумулятор Е от тамбура D отделен двойными дверями Д2.

В качестве дополнительного дублирующего источника тепла можно использовать электрокалорифер мощность 2 кВт. При использовании газового отопления необходимо установить газо-воздушный калорифер и вытяжную трубу.

В качестве теплоаккумулирующих элементов используются ПБ емкостью 1,5 литра. Заполненные водой они устанавливаются на решетках – стеллажах в 4 ряда.

Определим требуемую массу воды аккумулятора тепла

Площадь поверхности светопроема составляет

Fc = bc hc = 1,3×1,3 = 1,69 м2 . (1)

Так как в светопроем поступает солнечная радиации от 3 рефлекторов, эквивалентная расчетная площадь остекленной поверхности принимается равной:

Fo = 3Fc = 3×1,69 = 5,07 м2 . (2)

Удельная масса и объем теплоаккумулирующих элементов, приходящихся на 1 м2 поверхности остекления, определяются коэффициентом замещения f, в зависимости от доли солнечной энергии, покрывающей тепловую нагрузку на отопление. Величина f соответствует процентному снижению расхода тепла от традиционного источника тепла за счет тепла солнечного излучения.

По данным [3] удельные масса ту и объем Vy теплоаккумулирующих элементов определяются по формулам

ту = Ст f ; Vy = СV f ; (3)

где Ст - удельная масса теплового аккумулятора на 1 м2 поверхности остекления, кг/(% м2);

СV - удельный объем теплового аккумулятора на 1 м2 поверхности остекления, м3/(% м2).

Значения Ст и СV определяются видом теплоаккумулирующего материала. Например, для емкости с водой [3]

Ст = 3 кг/(% м2); СV = 0,003 м3/(% м2); (4а)

для бетона и камня

Ст = 15 кг/(% м2); СV = 0,075 м3/(% м2). (4б)

Как видно из (4а) и (4б), при прочих равных условиях, масса водяного аккумулятора будет в 5 раз меньше бетонного.

Для рассматриваемого здания принимаем f=50 %. Тогда общая масса водяного аккумулятора тепла будет составлять


Литература:
  1. Полиэтилентерефталат. Материал из Википедии. http:wikipedia. Org/wiki, 2007.
  2. Имомов Ш. Б., Ким В. Д. Тепловой баланс здания с системой солнечных рефлекторов, устанавливаемых с северной стороны //Гелиотехника, 2008, №3, с. 77-82
  3. Масса и место размещения теплоаккумулятора. mensh. ru. 2006

Врезка52

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle